基于射频识别的无线传感网节点设计研究

摘要：为了解决无线传感网通常运行在人不能或不便接近的环境，能源无法替代的问题，该设计采用了单片机MSP430F2370芯片和少量外围电路等来构成完整测量系统。由于其充分利用了单片机内部资源，使系统硬、软件设计达到了最小化，具有识别可靠性高、抗干扰能力强、成本低廉和体积小巧等特点。它可以识别ISO15693，ISO14443A，ISO14443B等多种协议标准的电子标签。在今后的门禁系统、生产线检测、自动收费系统、超市物流等方面有很大的应用前景。
关键词：RFID；无线传感器网络；节点；电子标签；物联网

物联网与无线传感器网络是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。物联网能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域，被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。
因此，笔者提出了一种基于物联网技术的多标准RFID设别设备，此设备可以实时自动识别物品的RFID电子标签内信息，具有识别可靠性高，信息处理能力强，功耗小，保密性强。再结合无线传感器网络技术的信息传输，可实现无线网络环境下的信息应用，本实用新型的应用将会越来越广泛，对于物联网技术和无线传感器网络技术有重要的理论意义和应用价值。

1 RFID技术简介
1．1 RFID分类
RFID按应用频率不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应代表性频率分别为：低频135 kHz以下、高频13．56 MHz、超高频860～960 MHz、微波2．4～5．8 G。
RFID按照能源供给方式分为无源RFID标签或被动标签(Passive Tag)，有源RFID标签或主动标签(Active Tag)，以及电池协助的无源RFID标签。无源RFID标签价格很低，但是无需要电池，有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电。有源标签由于有电池供电和功能较强的微控制器和无线单片机，所以可以实现更大范围的传感器数据监测和数据采集，也可以通过ZigBee、Wi—Fi、GPRS／3G等技术实现网状网络，来延伸标签的范围，是RFID技术一个非常重要的发展方向。
1．2 射频识别系统组成
射频识别系统主要由标签(Tag)、读卡器(Reader)、天线(Antenna)等组成，一般还需要其他软硬件的支持。
标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成(有源标签还需要电池和传感器等)，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。
读卡器(Reader)：也称读写器等，读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。
天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。如果是有源电子标签，读卡器也以同时是一个无线网关，能够将有源标签节点收集的数据，通过低功耗网络，传输到物联网和互联网。
1．3 RFID技术的工作原理
RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，射频前端发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(Passive Tag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(Active Tag，有源标签或主动标签)；读取信息并解码后，送至RFID射频识别控制单元进行有关数据处理。

2 射频识别节点的硬件设计
2．1 射频识别节点的结构
如图1为射频识别节点的结构：它包括：1)USB转串口单元；2)RFID射频识别控制单元；3)RFID读头前端单元；4)和无线射频收发单元。射频前端和标签间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Eth-ernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。